## Analisis Pengaruh Pengunaan Ulstein X-Bow pada Kapal Perintis Type 750 DWT Terhadap Nilai Hambatan dengan Metode Computational Fluid Dynamics
Frans Simanjuntak 1 , Samuel * , Parlindungan Manik 1 , Eko Sasmito Hadi 1 , Willma Amiruddin 1
1 Teknik Perkapalan, Fakultas Teknik, Universitas Diponegoro, Semarang, Indonesia Email: franssimanjuntak@students.undip.ac.id 1 , samuel@ft.undip.ac.id * , parlin1974@yahoo.com 3 , ekosasmitohadi@gmail.com 4 , wisilmiw@yahoo.com 5
* corresponding author
Received 1 Oktober 2021 | Revised 1 November 2021 | Accepted 15 November 2021

## ABSTRAK
Hambatan merupakan aspek penting yang perlu diperhatikan dalam mendesain sebuah kapal. Salah satu upaya  untuk  mengurangi  hambatan  adalah  memodifikasi  bentuk  haluan  kapal  dengan  menggunakan Ulstein  X-Bow.  Penelitian  ini  bertujuan  untuk  mengetahui  efektifitas  penggunaan  Ulstein  X-Bow  serta mencari  nilai  hambatan,  trim  dan  sinkage  terkecil  dengan  menggunakan  metode  CFD  (Computational Fluid Dynamics) dengan teknik overset mesh. Penerapan variasi Froude Number, Stem Angle, Flare Bow, serta kondisi perairan (deep water dan medium shallow water) dilakukan untuk mendapatkan bentuk desain yang paling optimal. Hasil penelitian ini menunjukan bahwa Kapal Perintis 750 DWT dengan penggunaan Ulstein X-Bow pada kondisi perairan dalam (deep water) h/t = 19.3, dapat mengurangai nilai hambatan sebesar 4.85%, trim sebesar 2.32%  dan sinkage sebesar 0.40% yang terdapat pada Model 4 dibandingkan dengan  Model 1 pada Froude Number (Fn = 0.24), sedangkan pada kondisi perairan  medium (medium shallow water) h/t = 4.0, nilai hambatan, trim dan sinkage terkecil terjadi pada Kapal Perintis 750 DWT tanpa penggunaan Ulstein X-Bow pada Froude Number (Fn = 0.24).
Kata kunci: Hambatan, Ulstein X-Bow, Kapal Perintis 750 DWT,  Computational Fluid Dynamics

## ABSTRACT
Resistance is an important aspect that needs to be considered when designing a ship. One of the ways to reduce the resistance value is to modify the shape of the ship's bow using the Ulstein X -Bow. The main objective of this research is to find out the Effectiveness of using Ulstein X-Bow and to find the smallest resistance,  trim  and  sinkage  values  using  the  CFD  (Computational  Fluid  Dynamics)  method  with  mesh overset techniques. The application  of variations in Froude Number, Stem Angle, Flare  Bow, and water conditions (deep water and medium shallow water) is done to get the most optimal design shape.The results of this study showed that in deep water conditions (h/t = 19.3), Perintis 750 DWT using Ulstein X-Bow can reduce the resistance value by 4.85%, trim by 2.32% and sinkage by 0.40% that can be found in model 4 compared to model 1 on Froude Number (Fn = 0.24). while in medium shallow water conditions h/t = 4.0, the smallest resistance, trim and sinkage values occur on the Perintis 750 DWT ship without using Ulstein X-Bow at Froude Number (Fn = 0.24).
Keywords: Resistance, Ulstein X-Bow, Perintis 750 DWT Ship, Computational Fluid Dynamic

## 1. PENDAHULUAN
Kapal perintis  merupakan  transportasi  laut  yang  sangat  diandalkan  oleh  masyarakat  pada  kepulauan terpencil dan perbatasan. Pengembangan desain kapal perintis dilakukan untuk mendukung transportasi laut dengan menggunakan metode numerik dan eksperimental [1].
Seiring dengan perkembangan teknologi, optimasi bentuk haluan terus dilakukuan oleh desainer kapal untuk mencari bentuk haluan yang paling optimal, baik dari segi ekonomis maupun performa. Salah satu  bentuk  haluan  yang  dikembangkan  merupakan Ulstein  X-Bow [2]. Ulstein  X-Bow merupakan bentuk haluan kapal yang mirip dengan bulbousbow . Tujuan utama Ulstein X-Bow adalah mengurangi hambatan  gelombang  lebih  baik.  Kapal  dengan Ulstein  X-Bow memiliki  daya  apung  yang  besar, disebabkan ada pertambahan volume dari bentuknya [3]. Penggunaan Ulstein X-Bow tidak terbatas pada kapal-kapal lepas pantai saja. Keunggulan utama dari Ulstein X-Bow yang telah terbukti dalam aplikasi lepas pantai dan kapal niaga [4].
Kapal didesain untuk berlayar di laut lepas dengan kondisi perairan dalam ( deep water ) dan perairan medium  ( medium  shallow water )  [5].  Karakteristik  kapal  akan  mengalami perubahan  jika  beroperasi pada perairan dalam dan medium.
Modifikasi  bentuk  haluan  merupakan  salah  satu  cara  untuk  mengurangi  hambatan  yang  dimana berdampak  secara  langsung  pada  pengoperasian  baik  segi  ekonomis  dan  teknis.  Bentuk  haluan merupakan salah satu bagian terpenting dari kapal, khususnya yang berhubungan erat dengan kecepatan kapal [6].
Berdasarkan paten Ulstein X-Bow [7] terdapat ketentuan seperti stem angle dan flare bow . Stem angle merupakan  sudut  kemiringan  di  bagian  haluan  pada sheer  plan kapal  yang  diukur  dari  perpotongan memanjang kapal. F lare bow merupakan sudut kemiringan di haluan pada body plan kapal yang diukur dari perpotongan garis tinggi kapal dengan garis sarat kapal [8].
Pada penelitian yang dilakukan sebelumnya mengenai sudut stem angle dan flare bow pada kapal Ulstein X-Bow [3]  menyimpulkan  bahwa  setiap  perbedaan  sudut stem  angle dan flare  bow sebesar  10°, hambatan kapal dapat berkurang, sehingga menghasilkan kinerja kapal yang optimal [8].
Berdasakan  penelitian  sebelumnya, penelitian  ini  akan  mengamati  penggunaan Ulstein  X-Bow Kapal Perintis  750  DWT  dengan  menggunakan Computational  Fluid  Dynamic (CFD).  Dengan  mengubah variasi sudut stem angle dan flare bow yang bertujuan untuk mengetahui besarnya perubahan hambatan kapal  dengan  posisi  haluan  yang  berada  pada  beberapa  variasi stem  angle dan flare  bow yang pengaruhnya terhadap trim dan sinkage pada kapal.

## 2. METODOLOGI

## 2.1 Objek Penelitian
Objek penelitian ini merupakan Kapal Perintis 750 DWT yang digunakan untuk memprediksi hambatan , trim dan sinkage .  Data  kapal  yang  digunakan  merupakan scale model  dari  eksperimen  yang  sudah dilakukan pengujian towing tank dari LHI (Lembaga Hidrodinamika Indonesia) [1]. Data ukuran utama kapal Kapal Perintis dapat dilihat pada table 1 dibawah ini.
Analisis Pengaruh Pengunaan Ulstein X-Bow pada Kapal Perintis Type 750 DWT Terhadap Nilai Hambatan dengan Metode Computational Fluid Dynamics

## Tabel 1. Ukuran Utama Kapal Perintis dan Ulstein X-Bow
Ukuran Utama Perintis Scale 1:18 LOA (m) 63.80 3,54 LPP (m) 57.00 3,16 B (m) 11.60 0,64 H (m) 4.50 0,25 T (m) 2.90 0,16 ∆ (ton) 1131.22 62,84
(a)
(b)
Gambar 1. (a) Sheerplan, Bodyplan, Half Breath Plan [1] dan (b) 3D model Kapal Perintis 750 DWT & Ulstein X-Bow
Sheer Plan n Body Plan Perspektif

## 2.2 Parameter Penelitian
Analisis pada penelitian ini dilakukan pada Kapal Perintis dengan penggunaan Ulstein X-Bow dengan variasi stem  angle dan flare  bow ,  pada  kondisi  perairan  dalam  ( deep  water )  dan  perairan  medium ( medium shallow water ).
Parameter tetap yang digunakan merupakan ukuran utama Kapal Perintis 750 DWT. Parameter tidak tetap yang digunakan merupakan variasi yang digunakan sudut stem angle 10°, 20° dan 30°, dan sudut flare bow 15° dan 5°, dengan kondisi perairan merupakan perairan dalam ( deep water ) h/t = 19.3 dan perairan medium ( medium shallow water ) h/t = 4.0, pada range Froude Number (Fn) 0.24, 0.26, 0.28, 0.32, dan 0.34.

## 2.3 Model Kapal Perintis Type 750 DWT
Model  Kapal  Perintis  750  DWT  didesain  berdasarkan  data  ukuran  utama  yang  telah  dibangun  oleh Kementrian  Perhubungan. Linesplan Kapal  Perintis  750  DWT  yang  dibuat  menggunakan software pemodelan 2D kemudian dimodelin menggunakan software pemodelan 3D .
Dibawah ini merupakan gambar Lines plan dan model 3D menggunakan bantuan software pemodelan 2D dan pemodelan 3D seperti yang ditunjukkan pada gambar 2 dan 3.
Gambar 2. Lines Plan Kapal [1]
Analisis Pengaruh Pengunaan Ulstein X-Bow pada Kapal Perintis Type 750 DWT Terhadap Nilai Hambatan dengan Metode Computational Fluid Dynamics

## Gambar 3. Model Hull Kapal Perintis 750 DWT

## 2.4 Model Ulstein X-Bow
Model Ulstein  X-Bow dibuat  menggunakan software pemodelan  2D  untuk  melakukan  pengukuruan sudut stem angle dan flare bow . Selanjutnya pemodelan menggunakan 3D modeling dengan skala 1:18 bertujuan untuk mempersingkat waktu simulasi. Penelitian ini menguji sebanyak 5 model variasi yang mengalami perubahan sudut stem angle dan flare bow pada Kapal Perintis 750 DWT. Pada gambar 4 menunjukkan model 3D dengan menggunakan X-bow.
Gambar 4. New model Hull Kapal Ulstein X-Bow

## 2.5 Variasi Stem Angle dan Flare Bow
Stem  Angle merupakan  sudut  kemiringan  di  bagian  haluan  pada sheer  plan kapal  diukur  dari perpotongan memanjang kapal. Untuk stem angle diatur dengan antara 0°-55° [9]. Flare Bow merupakan sudut kemiringan bagian dari haluan pada body plan kapal yang diukur dari perpotongan garis tinggi dengan garis sarat kapal. Untuk flare bow diatur dengan antara 9°-45° [9]. Berikut ini merupakan tabel variasi sudut stem angle dan flare bow yang diberikan pada tabel 2.

## Tabel 2. Variasi Sudut Stem Angle
Model Variasi sudut stem angle Variasi sudut flare bow Model 1 30° 19° Model 2 20° 19° Model 3 10° 19° Model 4 30° 15° Model 5 30° 5°
Gambar 5, 6 dan 7 merupakan bentuk sketsa model X-bow berdasarkan sudut stem angle dan flare bow.
Gambar 5. Model 1 (stem angle 30° dan flare bow 19°)
Gambar 6. Model 2
(stem angle 20° dan flare bow 19°)
Gambar 7. Model 1 (stem angle 10° dan flare bow 19°)
Analisis Pengaruh Pengunaan Ulstein X-Bow pada Kapal Perintis Type 750 DWT Terhadap Nilai Hambatan dengan Metode Computational Fluid Dynamics
(flare bow 15° dan stem angle 30°)
Gambar 9. Model 1 (flare bow 15° dan stem angle 30°)

## 2.6 Variasi Kecepatan Kapal
Berdasarkan proses pemodelan dan perhitungan diatas, maka diperoleh perbandingan variasi kecepatan yang digunakan dalam penelitian ini pada Froude number (Fn) 0.24, 0.26, 0.28, 0.32, dan 0.34.  Berikut ini merupakan tabel variasi kecepatan kapal yang diberikan pada tabel 3.
Tabel 3. Variasi Kecepatan Kapal
Fn Full scale Scale 1:18 knot m/s knot m/s 0.246 12 6.17 2.83 1.45 0.267 13 6.68 3.06 1.57 0.287 14 7.20 3.30 1.69 0.329 15 8.22 3.77 1.94 0.349 17 8.74 4.00 2.06

## 2.7 Variasi Kedalaman Perairan
Pada penelitian ini melakukan variasi kedalaman perairan yang digunakan merupakan  perairan dalam ( deep  water ) h/t =  19.3  dan  perairan  medium  ( medium  shallow  water ) h/t =  4.0  [10].  Berikut  ini merupakan tabel variasi kedalaman perairan yang diberikan pada table 4.

## Tabel 4. Variasi Kedalaman Perairan
h/t Full scale Scale 1:18 4.0 ( medium shallow water ) 11.60 0.64 19.3 ( deep water ) 55.97 3.10

## 2.8 Simulasi Computational Fluid Dynamics (CFD)
Analisis penelitian ini menggunakan metode Computational Fluid Dynamics (CFD) untuk mendapatkan nilai hambatan, trim dan s inkage . Proses simulasi CFD ( Computational Fluid Dynamics ) diawali dengan membuat model yang berpengaruh dalam perhitungan CFD yaitu model hull kapal. Pembuatan model dibuat  dengan  menggunakan software pemodelan  3D , dalam  pembuatan  model  pastikan  seluruh komponen  berupa close-solid agar  dapat  di import kedalam  program  CFD  ( Computational  Fluid Dynamics ).
Secara  umum  dalam  perhitungan Computational  Fluid  Dynamics (CFD)  terdapat  3  alur  proses pengerjaan merupakan Preprocessing , Sloving , dan Postprocessing .
Program  CFD  merupakan  menyelesaikan  persamaan  menggunakan  pendekatan boundary  dan  initial conditions .  Parameter  utama  dalam  menghitung  nilai  hambatan  total, trim dan  s inkage dapat diselesaikan dengan persamaan Reynolds-averaged Navier-Stokes (RANS) mempresentasikan hukum konservasi massa dan momentum. Setiap cell diasumsikan sebagai volum fraksi yang memiliki nilai 1 dan 0. Fungsi fluida air dan udara tergantung dari properti volum fraksi. Permukaan air laut diasumsikan F, sebagai hukum konservasi terdapat pada persamaan 1.
𝛿F 𝛿T + 𝛿uF 𝛿X + 𝛿vF 𝛿y + 𝛿wF 𝛿z = 0 (1)
Persamaan RANS dikembangkan berdasarkan konsep bahwa kecepatan dan panjang kapal cukup untuk menggambarkan  efek  turbulensi  di  sekitar  lambung.  Dalam  perhitungan,  model  turbulensi  k -ε  yang berfungsi sebagai dinding yang digunakan untuk menggambarkan efek turbulensi pada aliran [12].
ITTC  membantu  perhitungan  CFD  sebagai  pedoman  praktis.  Informasi  jumlah  minimum cell yang direkomendasikan  per  amplitudo  gelombang  dan  panjang  gelombang  memberikan  akurasi  dalam memprediksi hambatan[13]. ITTC merekomendasikan cell per tinggi gelombang 1/40 s/d 1/20.
Untuk  menentukan banyaknya cell yang digunakan pada  dinding kapal digunakan  nilai  y+.  Nilai  y+ juga  dibahas  untuk  mengurangi  ketidakuratan  perhitungan.  Nilai y+ direkomendasikan  sesuai  aturan ITTC yang ditunjukkan pada persamaan 2.
Y L + 𝑦 + R 𝑒 √ C𝑓 2 (2)
Pada Wall function (y+) merupakan dinding pemisah antara dinding ( wall ) dengan aliran fluida. Wall function berfungsi  untuk  menangkap boundary  layer yang  berperan  penting  dalam  perhitungan hambatan.  Nilai  y+  berperan  penting  untuk  mengurangi  ketidakuratan  pada  perhitungan  hambatan. Penelitian Karol Niklas dan Hanna Pruszko menggunakan nilai y+ antara 30-200 [11]. Jumlah total sel volumetric cell berjumlah 2.1 millon (fine mesh) .
Time-step digunakan untuk mensimulasikan aliran unsteady. Time-step merupakan interval setiap iterasi perhitungan.  Semakin kecil  nilai  membuat hasil  semakin  akurat,  dan  sebaliknya.  Untuk  menentukan time-step dalam perhitungan CFD tergantung pada kecepatan kapal. Semakin cepat kapal maka semakin kecil time-step yang  digunakan  [14].  T ime-step direkomendasikan  oleh  ITTC  [13]  terdapat  pada persamaan 3.
Δ𝑡 ITTC = 0.005~0.01 𝐿
𝑈 (3)
Time-step yang digunakan dalam menentukan ineterval periode pada saat perhitungan iterasi. Penelitian ini menggunakan nilai time-step yang terletak diantara 0.008, yang diberikan pada gambar 10.
Gambar 10.  Ilustrasi time-step CFD 0 0,0025 0,005 0,0075 0,01 0,0125 0,015 0 0,5 1 1,5 2 V *t /L Fn Simulasi time step ITTC -Time step upper limit ITTC -Time step lower limit
Analisis Pengaruh Pengunaan Ulstein X-Bow pada Kapal Perintis Type 750 DWT Terhadap Nilai Hambatan dengan Metode Computational Fluid Dynamics
Berdasarkan metode overset mesh , pembuatan virtual towing tank dibagi menjadi dua bentuk geometri yaitu background sebagai  donor  dan overset sebagai acceptor .  Dimensi towing tank yang  digunakan dalam penelitian ini ditunjukkan pada table 5 dan gambar 11 menunjukkan fluid domain pada simulasi CFD.
Tabel 5. Dimensi Fluid domain Parameter Background Overset Panjang (m) 2 L dari FP 2.5 L dari AP 0.2 L dari FP 0.25 dari AP Tinggi (m) 1 L dari Deck 4.0 T  19.3 T dari Keel 0.75 H dari Deck 0.75 H dari Keel Lebar (m) 1.5 L dari Symmetry 0.5 B dari Symmetry

## Gambar 11.  Fluid domain
Ilustrasi domain yang digunakan dalam penelitian ini untuk menggambarkan towing tank ( background ) menggunakan  koordinat  kartesian  pada  Gambar  11.  Dalam  mengurangi  waktu komputasi  digunakan setengah badan kapal. Jarak dari haluan kapal terhadap dinding background 1 L, jarak dari buritan kapal terhadap dinding background 2.5 L, jarak dari midship kapal terhadap dinding background 1.5 L dan jarak dari dinding atas dan bawah background untuk perairan dalam ( deep water ) 19.3 x T dan perairan medium ( medium shallow water ) 4.0 x T yang diberikan pada tabel 5 dan gambar 11. Dengan panjang kapal merupakan L, tinggi kapal merupakan H, sarat kapal merupakan T dan lebar kapal merupakan B. Ilustrasi domain pada gambar 12 dibawah dijabarkan sebagai berikut:
Tabel 6. Boundary condition towing tank
Part Surface Background Overset Mesh Top Velocity Inlet Overset Mesh Bottom Velocity Inlet Overset Mesh Inlet Velocity Inlet Overset Mesh Outlet Velocity Inlet Overset Mesh Back Velocity Inlet Overset Mesh Symmetry Symmetry Plane Symmetry Plane Hull - No Slip Wall
Pada saat simulasi, kapal akan merespon gerakan karena fungsi kecepatan kapal. Respon dari gerakan kapal dihitung dengan moment inersia kapal menggunakan persamaan 4 sebagai berikut [15]:
kxx = 0.4b Ixx = 𝑚𝑘𝑥𝑥 2
Top z x x y

## ky𝑦 = 0.25L
Iyy = 𝑚𝑘𝑦𝑦 2 kz𝑧 = 0.25L Izz = 𝑚𝑘𝑦𝑦 2 (4)
Pada penelitian ini kerapatan mesh yang digunakan fokus pada permukaan air. Kerapatan mesh secara tempat dilakukan  pada  koordinat  x,  y, z dengan  menggunakan isotropic atau anistropic .  Penggunaan mesh  semakin  rapat  akan  menambah  waktu  perhitungan  dan  begitupula  sebaliknya.  Sehingga konsentarasi mesh fokus pada bagian yang dianggap penting.
Pada  simulasi Computational  Fluid  Dynamics (CFD)  gerakan  kapal  dibatasi  dengan  membebaskan gerakan trim dan sinkage ,  sementara  gerakan  kapal  lain  tidak  digunakan.  Lokasi  kerapatan mesh ditunjukkan pada gambar 12.
(a) Volume Fraction of Water (b) (c) Gambar 12. (a) Mesh configuration, (b) free surface, dan (c) mesh of background  overset Ulstein X-Bow Overset Region Background Region Velocity Inlet Velocity Inlet Velocity Inlet Pressure Inlet Overset Region No Slip Wall Surface Representation z x x y x y z x 0.00 0.20 0.40 0.60 0.80 1.00 x y z x Velocity Inlet Symmetry
Analisis Pengaruh Pengunaan Ulstein X-Bow pada Kapal Perintis Type 750 DWT Terhadap Nilai Hambatan dengan Metode Computational Fluid Dynamics

## 3. HASIL DAN PEMBAHASAN

## 3.1 Wetted Surface Area (WSA) Kapal Perintis 750 DWT dan Ulstein X-Bow
WSA adalah nilai yang sangat berpengaruh tehadap total hambatan kapal. Berikut ini merupakan hasil WSA ( Wetted Surface Area ) dari hasil analisis CFD pada Froude number (Fn) 0.24, 0.26, 0.28, 0.32, dan 0.34 ditunjukkan pada gambar 13 dan 14.
Gambar 13. WSA Kapal Perintis 750 DWT
Tabel 7. Variasi volume displacement
Model Volume Displacement Satuan Kapal Perintis 750 DWT 0.198 m 3 Model 1 0.195 m 3 Model 2 0.195 m 3 Model 3 0.195 m 3 Model 4 0.195 m 3 Model 5 0.195 m 3

## Gambar 14. WSA Ulstein X-Bow
Gambar  13 dan 14  merupakan hasil analisis  WSA  ( Watted Suface  Area )  pada range  Froude  number (Fn) 0.24, 0.26, 0.28, 0.32 dan 0.34.  Tabel 7 merupakan nilai volume displacement karena perubahan bentuk haluan. Displacement kapal berubah sebesar 1.63. Nilai WSA ( Watted Suface Area ) dan volume
0 1 2 3 4 5 6 7 8 0,22 0,24 0,26 0,28 0,3 0,32 0,34 0,36 W e tt e d S u rf a c e A re a ( m ^ 2 ) Fn CFD, (h/t = 19.3) CFD, (h/t = 4.0) 0 1 2 3 4 5 6 7 8 0,22 0,24 0,26 0,28 0,3 0,32 0,34 0,36 W e tt e d S u rf a c e A re a ( m ^ 2 ) Fn Model 5 CFD, (h/t = 19.3) Model 5 CFD, (h/t = 4.0) Model 4 CFD, (h/t = 19.3) Model 4 CFD, (h/t = 4.0) Model 3 CFD, (h/t = 19.3) Model 3 CFD, (h/t = 4.0) Model 2 CFD, (h/t = 19.3)
Model 2 CFD, (h/t = 4.0) Model 1 CFD, (h/t = 19.3)
Model 1 CFD, (h/t = 4.0)
displacement merupakan faktor yang mempengaruhi nilai hambatan total kapal.
3.2 Hasil Hasil Analisis Hambatan Total ( 𝑹 𝑻 ) , Hambatan Residu, Hambatan Gesek ( 𝑹 𝑭 ) , Kapal Perintis 750 DWT
Berikut ini merupakan hasil validasi hambatan yang sudah di scale 1:18, dimana perhitungan hambatan menggunakan  ITTC  dengan  persamaan  LHI  (Laboratorium  Hidrodinamika  Indonesia)  jika dibandingkan  hasil  analisis  CFD  pada range  Froude  number (Fn)  0.24,  0.26,  0.28,  0.32,  dan  0.34. ditunjukkan pada gambar 15.
Gambar 15. Hasil Validasi Analisis Hambatan Total
Gambar 16. Hasil Analisis Hambatan Residu
Gambar 17. Hasil Analisis Hambatan Gesek ( 𝑅 𝐹 )
Pada  penelitian  Eko  Sasmito  [1]  Kapal  Perintis  750  DWT  dengan  bentuk  haluan monohull dengan perubahan  sudut  masuk  pada Froude  number (Fn  =  0.34)  dapat  mengurangi  hambatan  total  sebesar 3.50%. Gambar 15 merupakan hasil analisis hambatan total kapal. Komponen dari hambatan total kapal
0 10 20 30 40 50 60 70 80 0,22 0,24 0,26 0,28 0,3 0,32 0,34 0,36 H a m b a ta n T o ta l ( N ) Fn Exp, (Eko Sasmito) CFD, (h/t = 19.3) CFD, (h/t = 4.0) 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 0,22 0,24 0,26 0,28 0,3 0,32 0,34 0,36 D ra g S h e a r (N ) Fn CFD, (h/t = 19.3) CFD, (h/t = 4.0) 0 10 20 30 40 50 60 70 0,22 0,24 0,26 0,28 0,3 0,32 0,34 0,36 D ra g P re s s u re ( N ) Fn CFD, (h/t = 19.3) CFD, (h/t = 4.0)
Analisis Pengaruh Pengunaan Ulstein X-Bow pada Kapal Perintis Type 750 DWT Terhadap Nilai Hambatan dengan Metode Computational Fluid Dynamics
terdiri  dari dua yaitu drag  shear dan drag  pressure .  Gambar 16  merupakan  hasil  analisis drag  shear yang merupakan hambatan residu dari kapal. Gambar 17 merupakan hasil analisis drag pressure yang merupakan hambatan gesek dari kapal. Hasil analisis pada gambar 15 terjadi kenaikan pada hamba tan total kapal, semakin besar Froude number (Fn) kapal, maka semakin besar hambatan total yang diterima oleh  kapal, begitu  juga  pada drag  shear dan drag  pressure yang  menjadi  komponen  hambatan  total kapal.
Gambar  15    menunjukkan hasil  simulasi hambatan  total kapal pada  kondisi deep  water dan shallow water .  Pada  kondisi shallow  water menunjukkan  nilai  yang  lebih  besar  dibandingkan  kondisi deep water , hal ini berkaitan dengan sapuan gelombang yang disebabkan oleh badan kapal. Semakin besar Froude number (Fn) maka semakin besar hambatan yang diterima kapal.
3.3 Hasil Analisis Hambatan Total ( 𝑹 𝑻 ) , Hambatan Residu, Hambatan Gesek ( 𝑹 𝑭 ) , Ulstein X-Bow variasi stem angle dan flare bow
Berikut ini merupakan hasil analisis hambatan total yang dilakukan dengan model 1, model 2, model 3, yaitu variasi bentuk sudut stem angle (10°, 20° dan 30°) dan model 4, model 5, yaitu bentuk sudut flare bow (15° dan 5°) pada range Froude number (Fn) 0.24, 0.26, 0.28, 0.32, dan 0.34.
Gambar 18. Hasil Analisis Hambatan Total ( 𝑅 𝑇 ) 0 10 20 30 40 50 60 70 80 0,22 0,24 0,26 0,28 0,3 0,32 0,34 0,36 H a m b a ta n T o ta l ( N ) Fn Exp, (Eko Sasmito) Model 5 CFD, (h/t = 19.3) Model 5 CFD, (h/t = 4.0)
Model 4 CFD, (h/t = 19.3) Model 4 CFD, (h/t = 4.0) Model 3 CFD, (h/t = 19.3) Model 3 CFD, (h/t = 4.0) Model 2 CFD, (h/t = 19.3) Model 2 CFD, (h/t = 4.0) Model 1 CFD, (h/t = 19.3)
Model 1 CFD, (h/t = 4.0)
Gambar 19. Hasil Analisis Hambatan Residu
Gambar 20. Hasil Analisis Hambatan Gesek ( 𝑅 𝐹 )
Pada penelitian Karol Niklas dan Hanna Pruszko [11] menunjukkan hasil simulasi CFD pada kondisi air tenang dapat mengurangi hambatan total sebesar 6%. Gambar 18 merupakan hasil analisis hambatan total kapal. Komponen dari hambatan total kapal terdiri dari dua yaitu drag shear dan drag pressure . Gambar 19 merupakan hasil analisis drag shear yang merupakan hambatan residu dari kapal. Gambar 20 merupakan hasil analisis drag pressure yang merupakan hambatan gesek dari kapal. Hasil analisis pada gambar 18, terjadi kenaikan pada hambatan total kapal, semakin besar Froude number kapal, maka semakin besar hambatan total yang diterima oleh kapal, begitu juga pada drag shear dan drag pressure yang menjadi komponen hambatan total kapal.
Hasil  eksperimen  menunjukkan  bahwa  bentuk  haluan  akan  mempengaruhi  hambatan  kapal.  Hal  ini menunjukkan  adannya  interaksi  hambatan  pada  haluan  kapal.  Daerah  pengoperasian  perairan  juga mempengaruhi hambatan total kapal, pada kondisi perairan medium ( medium shallow water ), hambatan total akan meningkat. Gambar 18 merupakan hasil analisis hambatan total kapal dengan variasi stem angel ,  pada  kondisi  perairan  dalam  ( deep  water )  pada  model  1  dengan  (Fn  =  0.24)  memiliki  nilai hambatan  terkecil  tetapi  pada  daerah  kecepatan Froude  number (Fn)  0.26,  0.28,  0.32,  dan  0.34 mengalami penambahan nilai hambatan. Sedangkan pada kondisi perairan medium ( medium shallow
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 0,22 0,24 0,26 0,28 0,3 0,32 0,34 0,36 D ra g S h e a r (N ) Fn Model 5 CFD, (h/t = 19.3) Model 5 CFD, (h/t = 4.0) Model 4 CFD, (h/t = 19.3) Model 4 CFD, (h/t = 4.0)
Model 3 CFD, (h/t = 19.3) Model 3 CFD, (h/t = 4.0) Model 2 CFD, (h/t = 19.3)
Model 2 CFD, (h/t = 4.0) Model 1 CFD, (h/t = 19.3) Model 1 CFD, (h/t = 4.0) 0 10 20 30 40 50 60 70 80 0,22 0,24 0,26 0,28 0,3 0,32 0,34 0,36 D ra g P re s s u re (N ) Fn Model 5 CFD, (h/t = 19.3) Model 5 CFD, (h/t = 4.0) Model 4 CFD, (h/t = 19.3) Model 4 CFD, (h/t = 4.0) Model 3 CFD, (h/t = 19.3) Model 3 CFD, (h/t = 4.0) Model 2 CFD, (h/t = 19.3)
Model 2 CFD, (h/t = 4.0)
Model 1 CFD, (h/t = 19.3) Model 1 CFD, (h/t = 4.0)
Analisis Pengaruh Pengunaan Ulstein X-Bow pada Kapal Perintis Type 750 DWT Terhadap Nilai Hambatan dengan Metode Computational Fluid Dynamics
water ) pada model 3 dengan (Fn = 0.24) memiliki nilai hambatan terkecil tetapi pada daerah kecepatan Froude number (Fn) 0.26, 0.28, 0.32, dan 0.34 mengalami penambahan nilai hambatan.
Gambar  18  merupakan  hasil  analisis  hambatan  total  kapal  dengan  variasi flare  bow ,  pada  kondisi perairan dalam ( deep water ) pada model 4 dengan Fn 0.24 memiliki nilai hambatan terkecil tetapi pada daerah  kecepatan Froude  number (Fn)  0.26,  0.28,  0.32,  dan  0.34  mengalami  penambahan  nilai hambatan. Sedangkan pada kondisi perairan medium ( medium shallow water ) pada model 5 dengan Fn 0.24  memiliki nilai  hambatan  terkecil  tetapi  pada  daerah  kecepatan Froude number (Fn)  0.26, 0.28, 0.32, dan 0.34 mengalami penambahan nilai hambatan.
Hal  ini  disebabkan  oleh  penurunan  tekanan  di  sepanjang  bagian  bawah  ( bottom )  yang  berinteraksi dengan dasar perairan ( sea bed ) dan peningkatan kecepatan aliran antara bagian bawah lambung kapal dan dasar perairan disebut fenomena squat .

## 3.4 Hasil Analisis Sinkage
Berikut ini merupakan hasil analisis sinkage Kapal Perintis 750 DWT pada range Froude number (Fn) 0.24, 0.26, 0.28, 0.32, dan 0.34.
Gambar 21. Hasil Analisis Sinkage Kapal Perintis 750 DWT
Gambar 21 merupakan hasil analisis sinkage , pada kondisi perairan dalam ( deep water ) dengan (Fn = 0.24) memiliki nilai sinkage terkecil. Sedangkan pada kondisi perairan medium ( medium shallow water ) dengan  (Fn  =  0.24)  memiliki  nilai sinkage terkecil,  maka  dapat  diketahui  bahwa  kapal  mengalami kenaikan sinkage searah dengan kenaikan Froude number kapal. 0 0,02 0,04 0,06 0,08 0,1 0,12 0,22 0,24 0,26 0,28 0,3 0,32 0,34 0,36 S in k a ge ( m ) Fn CFD, (h/t = 19.3) CFD, (h/t = 4.0)
Analisis Pengaruh Pengunaan Ulstein X-Bow pada Kapal Perintis Type 750 DWT Terhadap Nilai Hambatan dengan Metode Computational Fluid Dynamics

## Gambar 22. Hasil Analisis Sinkage Ulstein X-Bow variasi stem angle dan flare bow
Gambar 22 dapat dilihat dengan variasi stem angle dan flare bow kapal mengalami kenaikan sinkage searah dengan kenaikan Froude number . Nilai sinkage pada kapal akan mempengaruhi nilai hambatan kapal.
Pada  gambar  22 dengan variasi stem  angel pada  kondisi  perairan  dalam  ( deep water )  pada  model 1 dengan (Fn = 0.24) memiliki nilai sinkage terkecil. Sedangkan pada kondisi perairan medium ( medium shallow water ) pada model 3 dengan (Fn = 0.24) memiliki nilai sinkage terkecil.
Pada  gambar  22  dengan  variasi flare  bow ,  pada  kondisi  perairan  dalam  ( deep  water )  pada  model  4 dengan (Fn = 0.24) memiliki nilai sinkage terkecil. Sedangkan pada kondisi perairan medium ( medium shallow water ) pada model 5 dengan (Fn = 0.24) memiliki nilai sinkage terkecil.

## 3.5 Hasil Analisis Trim
Berikut ini merupakan hasil analisis trim Kapal Perintis 750 DWT pada range Froude number (Fn) 0.24, 0.26, 0.28, 0.32, dan 0.34.
Gambar 23. Hasil Analisis Trim Kapal Perintis 750 DWT
Gambar 23 merupakan hasil analisis trim , pada kondisi perairan dalam ( deep water ) dengan (Fn = 0.24) memiliki nilai trim terkecil. Sedangkan pada kondisi perairan medium ( medium shallow water ) dengan (Fn = 0.24) memiliki nilai trim terkecil, maka dapat diketahui bahwa kapal mengalami kenaikan derajat trim searah dengan kenaikan Froude number kapal .
0 0,02 0,04 0,06 0,08 0,1 0,12 0,22 0,24 0,26 0,28 0,3 0,32 0,34 0,36 S in k a g e (m ) Fn Model 5 CFD, (h/t = 19.3) Model 5 CFD, (h/t = 4.0) Model 4 CFD, (h/t = 19.3)
Model 4 CFD, (h/t = 4.0) Model 3 CFD, (h/t = 19.3) Model 3 CFD, (h/t = 4.0) Model 2 CFD, (h/t = 19.3)
Model 2 CFD, (h/t = 4.0) Model 1 CFD, (h/t = 19.3) Model 1 CFD, (h/t = 4.0)
0 1 2 3 4 5 6 7 8 0,22 0,24 0,26 0,28 0,3 0,32 0,34 0,36 T ri m ( d e g ) Fn CFD, (h/t = 19.3) CFD, (h/t = 4.0)

## Gambar 24. Hasil Analisis Trim Ulstein X-Bow dengan variasi stem angle dan flare bow
Gambar 24 dapat dilihat dengan variasi stem angle dan flare bow kapal mengalami kenaikan derajat trim searah  dengan  kenaikan Froude number .  Sudut trim pada  kapal  akan  mempengaruhi nilai  hambatan kapal. Penggunaan stem angel pada kondisi perairan dalam ( deep water ) pada model 1 dengan Fn 0.24 memiliki nilai derajat trim terkecil. Sedangkan pada kondisi perairan medium ( medium shallow water ) pada  model  3  dengan  (Fn  =  0.24)  memiliki  nilai  derajat trim terkecil.  Penggunaan flare  bow ,  pada kondisi perairan medium ( deep water ) pada model 4 dengan Fn 0.24 memiliki nilai derajat trim terkecil. Sedangkan pada kondisi perairan medium ( medium shallow water ) pada model 5 dengan (Fn = 0.24) memiliki nilai derajat trim terkecil.

## 3.5 Hasil Pola Aliran Kapal
Berikut  ini  merupakan  pola  aliran  yang  dihasilkan  oleh  kapal  pada  masing-masing Froude  number dengan menggunakan analisa numerik. Pada gambar 25 menunjukkan profil  gelombang sapuan yang terjadi karena fungsi kecepatan kapal.
Volume Fraction of Water
Gambar 25. Wave field Kapal Perintis 750 DWT dan Ulstein X-Bow
0 1 2 3 4 5 6 7 8 0,22 0,24 0,26 0,28 0,3 0,32 0,34 0,36 T ri m ( de g ) Fn Model 5 CFD, (h/t = 19.3) Model 5 CFD, (h/t = 4.0)
Model 4 CFD, (h/t = 19.3) Model 4 CFD, (h/t = 4.0) Model 3 CFD, (h/t = 19.3) Model 3 CFD, (h/t = 4.0)
Model 2 CFD, (h/t = 19.3)
Model 2 CFD, (h/t = 4.0) Model 1 CFD, (h/t = 19.3) Model 1 CFD, (h/t = 4.0) Ulstein X-Bow Model 4 (Fn = 0.24) Kapal Perintis 750 DWT (Fn = 0.24) b a -0.02 -0.00 0.01 0.03
0.05
0.07 x y x z x
Analisis Pengaruh Pengunaan Ulstein X-Bow pada Kapal Perintis Type 750 DWT Terhadap Nilai Hambatan dengan Metode Computational Fluid Dynamics

## Volume Fraction of Water
Gambar 26. Wave pattern along the hull Kapal Perintis 750 DWT dan Ulstein X-Bow
Pada gambar 25 merupakan  hasil visualisi aliran Ulstein X-Bow yang dihasilkan oleh Froude number (Fn = 0.24). Dapat dilihat pola aliran yang dilakukan oleh kapal pada kecepatan kapal Froude number (Fn = 0.24), menghasilkan pola aliran yang lebih kecil dan panjang pada perairan dalam (deep water ) h/t = 19.3. Sedangkan pada Kapal Perintis 750 DWT dapat dilihat pola aliran yang dilakukan oleh kapal pada kecepatan kapal Froude number (Fn = 0.24), menghasilkan pola aliran yang lebih kecil dan panjang pada perairan medium ( medium shallow water ) ( h/t = 4.0).
Pada  gambar  26  merupakan  hasil  visualisasi  aliran  ada  daerah  lambung Ulstein  X-Bow dan Kapal Perintis 750 DWT, pada kecepatan kapal Froude number (Fn = 0.24) menghasilkan wave yang lebih baik.

## 4. KESIMPULAN
Berdasarkan  hasil  simulasi  dapat  disimpulkan  bahwa  Kapal  Perintis  750  DWT  dengan  penggunaan Ulstein X-Bow pada kondisi perairan dalam ( deep water ) h/t = 19.3 dapat mengurangai nilai hambatan total sebesar 4.85%, trim sebesar 2.32% dan sinkage sebesar 0.40%.
Pada  kondisi  perairan  medium  ( medium  shallow  water ) h/t  = 4.0,  nilai  hambatan, trim dan sinkage terkecil terjadi pada Kapal Perintis 750 DWT tanpa penggunaan Ulstein X-Bow pada Froude Number (Fn = 0.24).

## UCAPAN TERIMA KASIH
Penulis  mengucapkan  terima  kasih  kepada  civitas  akademik  Departemen  S1  Teknik  Perkapalan, Fakultas Teknik, Universitas Diponegoro atas dukungan dalam melakukan penelitian ini.

## DAFTAR PUSTAKA
[1] Hadi, E. S., Manik, P.,  Iqbal, M. (2018). Influence of hull entrance angle “Perintis 750 DWT”, toward ship resistance: the case study for design development “Perintis 750 DWT.”. In MATEC Web of Conferences (Vol. 159, p. 01057). EDP Sciences.
[2] Mosaad, M. A., Gafaary, M. M., Yehia, W.,  Hassan, H. M. (2017). On the Design of X-bow for Ship Energy Efficiency. Influence of EEDI on Ship Design\u0026 Operation, London, UK, 22.
[3] Kiryanto,  E.  S.  Hadi,  and  A.  Firdhaus.  (2019).  Total  resistance  analysis  on  bow  form  model ulstein X-bow with various angle of flare and stem angle,” IOP Conf. Ser. Mater. Sci. Eng. , vol. 674, no. 1, 2019, doi: 10.1088/1757-899X/674/1/012003.
[4] Ari Perwira, B. (2013). Analisa Perbandingan Hambatan Kapal Antara Ulstein X-Bow Dan Bulb Konvensional Dengan Studi Eksperimen. Tugas akhir, Institut Teknologi Sepuluh Nopember.
[5] Iqbal, M.,  Utama, I. K. A. P. (2014). An Investigation into the effect of water  depth on the resistance components of trimaran configuration. In The 9th International Conference on Marine Technology , Surabaya.
[6] Chrismianto, D., Trimulyono, A.,  Hidayat, M. N. (2014). Analisa pengaruh modifikasi bentuk
b a Ulstein X-Bow Model 4 (Fn = 0.24) Kapal Perintis 750 DWT (Fn = 0.24) 0.00 0.20 0.40 0.60
0.80 1.00 x y x z x
haluan  kapal  terhadap  hambatan  total  dengan  menggunakan  CFD. Kapal:  Jurnal  Ilmu Pengetahuan dan Teknologi Kelautan , 11(1), 40-48.
[7] Kamsvåg, Ø. G. (2010). U.S. Patent No. 7,658,159. Washington, DC: U.S. Patent and Trademark Office.
[8] Nordås, D. E. (2012). Optimization of Bow Shape for Large, Slow Ships. Master's thesis, Institutt for marin teknikk.
[9] Hassan, E. H. H. M. (2017). X-bow Design for Ship Energy Saving. Doctoral dissertation, Port- said university.
[10] Koh,  K.  K.,    Yasukawa,  H.  (2012). Comparison  study  of a pusher–barge  system  in  shallow water, medium shallow water and deep water conditions. Ocean engineering , 46, 9-17.
[11] Niklas,  K.,    Pruszko,  H.  (2019).  Full  scale CFD  seakeeping  simulations  for  case  study  ship redesigned from V-shaped bulbous bow to X-bow hull form. Applied Ocean Research , 89, 188- 201.
[12] Launder,  B.  E.,    Spalding,  D.  B.  (1983).  The numerical  computation  of  turbulent  flows.  In Numerical prediction of flow, heat transfer, turbulence and combustion (pp. 96-116). Pergamon.
[13] ITTC, “ITTC – Recommended Procedures and Guidelines - Practical Guidelines for Ship CFD Applications,” ITTC – Recomm. Proced. Guidel. , p. 19, 2014.
[14] Samuel., Trimulyono, A.,  Santosa, A. W. B. (2019). Simulasi CFD pada kapal planing hull. Kapal: Jurnal Ilmu Pengetahuan dan Teknologi Kelautan , 16(3), 123-128.